Weltpremiere in Stockholm: Ärzte retten Patienten mit Luftröhre aus Stammzellen

Es ist eine medizinische Sensation - und die Erfüllung einer lang gehegten Vision: Erstmals haben Ärzte einem Patienten eine künstliche Luftröhre eingepflanzt, deren Gewebe aus Stammzellen gezüchtet wurde.

Implantation einer künstlichen Luftröhre: 36-Jähriger nach gelungener OP wohlauf Zur Großansicht
DPA

Implantation einer künstlichen Luftröhre: 36-Jähriger nach gelungener OP wohlauf

Stockholm - Organe aus dem Bioreaktor - davon träumen Forscher und Mediziner schon seit etlichen Jahren. Zwar steigt hierzulande die Zahl der Organspenden, dennoch stehen Tausende von Patienten jährlich auf der Warteliste für ein geeignetes Spenderorgan. Ihre Hoffnung könnte gezüchtetes Gewebe sein - entstanden aus den eigenen Zellen des Patienten, um die gefürchtete Abstoßungsreaktion durch das Immunsystem zu vermeiden.

Die Produktion von Geweben im Labor entwickelt sich rasant, Tissue-Engineering nennt sich das Fach: Erstmals haben Ärzte am 9. Juni in Stockholm einem Patienten erfolgreich eine maßgeschneiderte künstliche Luftröhre eingepflanzt. Ihr Gewebegerüst ist synthetisch - das Gewebe selbst wurde aus Stammzellen des Patienten gezüchtet.Zuvor hatte das Team um Macchiarini bereits einer weiteren Patientin eine Stammzellen-Luftröhre verpflanzt, deren Gerüst jedoch von einem Spender stammte.

Wie der Chef des internationalen Chirurgenteams am Karolinska Universitätskrankenhaus, Paolo Macchiarini, am Freitag mitteilte, ist der 36 Jahre alte Mann auf dem Weg der Besserung. Einen Monat nach der Operation durfte er das Krankenhaus nun verlassen. Die Transplantation war seine letzte Hoffnung: Der Stockholmer Patient litt an einem fortgeschrittenen primären Luftröhrenkarzinom, das trotz intensiver Strahlentherapie bereits auf sechs Zentimeter Länge angewachsen war und fast die ganze Luftröhre blockierte. Eine geeignete Spender-Luftröhre war nicht in Sicht.

Zellen auf der Kunströhre

Nach Angaben des Karolinska-Instituts ist es das erste Mal in der Medizingeschichte, dass eine solche Prozedur geglückt ist. Das künstliche Luftröhrengerüst formten Mediziner vom University College London, es besteht demnach aus speziellen Nanoverbundwerkstoffen, also aus künstlichem Material. Anschließend besiedelten die Ärzte diesen Träger mit den Stammzellen des Patienten, die meistens aus dem Knochenmark entnommen werden.

Damit die Zellen auf der künstlichen Luftröhre wachsen, ist eigens ein spezieller Bioreaktor notwendig, den eine Bostoner Firma entwickelt hatte. Darin werden die Verhältnisse des natürlichen Blutkreislaufs simuliert. Zwei Tage lang bebrüteten die Ärzte nach eigenen Angaben das Kunststoffgerüst mit den Stammzellen, bevor sie die künstliche Luftröhre dem Patienten einpflanzten.

Bereits in der Vergangenheit hatte Macchiarini anderen Patienten Luftröhren verpflanzt. Allerdings war die Prozedur seinerzeit noch etwas anders: Es handelte sich um die Organe toter Spender, die von den Spenderzellen befreit und anschließend mit patienteneigenen Stammzellen besiedelt worden waren.

Jetzt hoffen die Forscher, weitere Behandlungsmöglichkeiten zu eröffnen. Insbesondere für Patienten im Kindesalter könne das Tissue-Engeneering ein großer Vorteil sein, betonte das Institut, da für sie kaum Spenderluftröhren zur Verfügung stünden.

cib/dpa

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1. Willkommen...
cherusciprinceps 08.07.2011
...im Frankensteinlabor des Antichristen. Apokalyptische Zeiten.
2. Großartige Operation
Roßtäuscher 08.07.2011
Zitat von sysopEs ist eine medizinische Sensation - und die Erfüllung einer lang gehegten Vision: Erstmals haben Ärzte einem Patienten eine künstliche Luftröhre eingepflanzt, deren Gewebe aus Stammzellen gezüchtet wurde. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/0,1518,773252,00.html
Demnach scheint die Züchtung künstlicher Gelenkknorpel aus eigenen Stammzellen ein nächster Schritt zu sein. Wozu dann noch Knochensubstanz absägen, um künstliche Hüftgelenke usw. einzusetzen, die doch nicht immer funktionieren wie sie sollen. Die Arthroseerkrankung ist zur Volksseuche geworden, durch falsche Ernährung im Wohlstand.
3. Medizinischer Unsinn!
doc 123 08.07.2011
Zitat von sysopEs ist eine medizinische Sensation - und die Erfüllung einer lang gehegten Vision: Erstmals haben Ärzte einem Patienten eine künstliche Luftröhre eingepflanzt, deren Gewebe aus Stammzellen gezüchtet wurde. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/0,1518,773252,00.html
Nicht die komplette Luftröhre wurde aus Stammzellen gezüchtet sondern die künstliche Luftröhre mit Stammzellen besiedelt. Das ist ja wohl schon ein kleiner Unterschied. Was da jetzt die Sensation sein soll, bleibt doch wohl unklar!
4. Scherzkeks
huegy 08.07.2011
Zitat von cherusciprinceps...im Frankensteinlabor des Antichristen. Apokalyptische Zeiten.
Ehrlich gesagt finde ich die Vorstellung, einer Leiche die Speiseröhre rauszurupfen, um sie dann einem Halbtoten reinzunähen, wesentlich Frankenstein-apokalyptischer, als die im Artikel beschriebene Methode. Tun sie doch mal was gegen Organspenden! Und wenns auch nur nicht durchdachte Forumsbeiträge sind!
5. @ cherusciprinceps
syracusa 08.07.2011
Zitat von cherusciprinceps...im Frankensteinlabor des Antichristen. Apokalyptische Zeiten.
Naja, für Sie sind diese apokalyptischen Zeiten doch schon angebrochen, als die katholische kirche sich für die Verfolgung Galileos entschuldigte. Wie kann die Medizin sich auch erdreisten, einen Menschen zu retten, dessen Tod für Ihren bösartigen Gott bereits beschlossene Sache war.
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Stammzellen - die Multitalente
Embryonale Stammzellen (ES)
AFP
Sie gelten als die zellulären Alleskönner: Reift eine befruchtete Eizelle zu einer Blastozyste, einem kleinen Zellklumpen, heran, entsteht in deren Inneren eine Masse aus embryonalen Stammzellen. Die noch nicht differenzierten Stammzellen können sich zu jeder Zellart des menschlichen Körpers entwickeln. Voraussetzung ist, dass sie mit den richtigen Wachstumsfaktoren behandelt werden.
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)
Körperzellen einfach in Stammzellen umprogrammieren - das gelang Forschern durch das Einschleusen ganz bestimmter Steuerungsgene. Aus den dabei entstandenen maßgeschneiderten Stammzellen züchteten sie erfolgreich verschiedene Körperzellen. Diese Methode ist nicht nur elegant, sondern auch ethisch unbedenklich, da dabei kein Embryo hergestellt und zerstört wird. Allerdings birgt die Methode noch Risiken, weil für das Einschleusen der Gene Viren benötigt werden. Die Gene werden vom Virus verstreut im Genom eingebaut, wichtige Gene der Zelle können dabei beschädigt werden, die Zelle kann entarten. Es besteht Krebsgefahr. Zudem bauen auch die Viren ihr Erbgut ein. Forschern gelang jedoch mittlerweile die Reprogrammierung ohne Viren und mit anschließender Entfernung der Gene.
Proteininduzierte pluripotente Stammzellen (piPS)
Zellen reprogrammieren - nur durch Zugabe von Molekülen und ohne Veränderung des Erbgutes. Dies gelang Forschern erstmals im April 2009. Damit räumten sie potentielle Risiken aus, die das Einschleusen der Reprogrammiergene barg.
Keimbahn abgeleitete pluripotente Stammzellen (gPS)
Keimbahn-Stammzellen können normalerweise nur Spermien erzeugen. Aber man kann sie auch in pluripotente Stammzellen verwandeln. Diese "germline derived pluripotent stem cells" (gPS) bieten ein großes Potential, denn ihr Erbgut ist noch relativ unbeschädigt. Forschern gelang die Verwandlung an Hodenzellen von Mäusen - nur durch ganz bestimmte Zuchtbedingungen.
Adulte Stammzellen
Nicht nur Embryonen sind eine Quelle der Zellen, aus denen sich verschiedene Arten menschlichen Gewebes entwickeln können. In etwa 20 Organen inklusive der Muskeln, der Knochen, der Haut, der Plazenta und des Nervensystems haben Forscher adulte Stammzellen aufgespürt. Sie besitzen zwar nicht die volle Wandlungsfähigkeit der embryonalen Stammzellen, bereiten aber auch keine ethischen Probleme: Einem Erwachsenen werden die adulten Stammzellen einfach entnommen und in Zellkulturen durch Zugabe entsprechender Wachstumsfaktoren so umprogrammiert, dass sie zu den gewünschten Gewebearten heranreifen.
Ethik und Recht
Die Stammzellforschung birgt ethische Konflikte. Embryonale Stammzellen werden aus Embryonen gewonnen, die entweder eigens hergestellt werden oder bei künstlichen Befruchtungen übriggeblieben sind. Dabei wird der Embryo zerstört. Die Argumentation der Befürworter: Die Embryonen würden ohnehin vernichtet. Kritiker sprechen dagegen von der Tötung ungeborenen Lebens. In Deutschland ist das Herstellen menschlicher Embryonen zur Gewinnung von Stammzellen verboten. In Ausnahmefällen erlaubt das Gesetz aber den Import von Stammzellen, die vor dem 1. Mai 2007 hergestellt wurden. In Großbritannien und Südkorea ist das therapeutische Klonen ausdrücklich erlaubt, ebenso in den USA.

Chronik der Stammzellforschung
1998 - Embryonale Stammzellen
Die internationale Stammzellforschung hat sich seit 1998 extrem rasch entwickelt. Der US-Forscher James Thomson gewann damals weltweit erstmals embryonale Stammzellen aus übriggebliebenen Embryonen von Fruchtbarkeitskliniken. Sie galten sofort als Hoffnungsträger, um Ersatzgewebe für Patienten mit Diabetes, Parkinson oder anderen Erkrankungen zu schaffen. Die Technik ist aber ethisch umstritten, da dafür Embryonen zerstört werden müssen. In Deutschland ist sie verboten. Seitdem suchen Forscher nach ethisch unbedenklichen Wegen.
2006 - Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)
Im August 2006 präsentieren die Japaner Kazutoshi Takahashi und Shinya Yamanaka eine erste Lösung. Sie versetzen Schwanzzellen von Mäusen mit Hilfe von vier Kontrollgenen in eine Art embryonalen Zustand zurück. Das Produkt nennen sie induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Der Nachteil: Die eingesetzten Gene können das Krebsrisiko bei einem späteren medizinischen Einsatz erhöhen.
2007 - Menschliche iPS-Zellen
Im Jahr 2007 gibt es entsprechende Erfolge mit menschlichen Hautzellen. Nach und nach können die Forscher auf ein Kontrollgen nach dem anderen verzichten, um die iPS-Zellen herzustellen.
Februar 2009 - Nur noch ein Reprogrammier-Gen
Im Februar 2009 präsentiert der Münsteraner Professor Hans Schöler iPS-Zellen von Mäusen, die er nur mit Hilfe eines Kontrollgens aus Nervenstammzellen gewonnen hatte.
März 2009 - Reprogrammier-Gene entfernt
Anfang März 2009 stellen zwei Forscherteams schließlich iPS-Zellen vor, die keinerlei Kontrollgene mehr im Erbgut enthalten. Sie hatten die Kontrollgene in das Erbgut von menschlichen Hautzellen eingefügt und nach der Arbeit wieder aus dem Erbgut herausgeschnitten.
März 2009 - Reprogrammier-Gene nicht im Erbgut
Ende März 2009 veröffentlicht der US-Forscher James Thomson eine Arbeit, bei der er die Kontrollgene nicht einmal mehr ins Erbgut der Zellen einschleusen muss. Er gab sie nur in einem Ring (Plasmid) in die Zelle und zog sie später wieder heraus.
April 2009 - Reprogrammierung von Mauszellen mit Proteinen
Ende April 2009 kommt ein US-amerikanisches Forscherteam um Sheng Ding mit Beteiligung von Hans Schöler ganz ohne Gene aus und nutzt nur noch Proteine, um die Hautzellen von Mäusen zu reprogrammieren. Damit ist das zusätzliche Krebsrisiko ausgeschlossen, das beim Einsatz von eingeschleusten Genen generell besteht.
Mai 2009 - Reprogrammierung menschlicher Zellen mit Proteinen
Einem südkoreanisch-US-amerikanischem Team um Robert Lanza gelingt die Reprogrammierung menschlicher Hautzellen nur durch Zugabe von Proteinen.
Oktober 2010 - Reprogrammierung menschlicher Zellen mit RNA-Schnipseln
Bostoner Forscher um Derrick Rossi probieren eine weitere Methode, um das Einschleusen von Fremd-DNA zu vermeiden: Das Team erzeugte künstliche Schnipsel aus sogenannter Messenger-RNA. Diese Moleküle entstehen in der Zelle während der Übersetzung des Gens in das Protein. Mit Hilfe dieser modifizierten RNA-Moleküle werden diejenigen Erbinformationen in die Zelle geschleust, die zur Herstellung der Reprogrammierproteine notwendig sind. Die RNA-Moleküle dringen nicht in den Zellkern und beschädigen somit nicht das darinliegende Erbgut, wie es etwa bei der Virenmethode der Fall ist. Zudem ist die Methide wesentlich effizienter und schneller als bisherige Verfahren zur Herstellung von iPS.
Januar 2010 - Direkte Umwandlung von Körperzellen
Warum den Umweg über Stammzellen gehen? Einem Forscherteam um Marius Wernig von der Stanford University School of Medicine gelang es, Hautzellen von Mäusen direkt in einen anderen Zelltyp zu verwandeln. Die Forscher schleusten drei Gene in die Zellen und verwandelten die Hautzellen in weniger als einer Woche in voll funktionstüchtige Nervenzellen.
Januar 2011 - Direkte Umwandlung ohne Umweg über Stammzellen
Einen Schritt weiter gehen Forscher vom Scipps Research Institute im kalifornischen La Jolla: Sie nehmen quasi eine Abkürzung. Anstatt die Körperzellen erst in pluripotente Stammzellen umzuprogrammieren, wandelten sie Hautzellen direkt in Herzzellen um. Das Verfahren könnte die Herstellung von Körper-Ersatzteilen extrem beschleunigen.
Februar 2011 - Forscher entdecken gefährliche Mutationen
Zwei große Forscherteams haben sich an die Arbeit gemacht und das Erbgut verschiedener iPS-Zelllinien untersucht. Dabei haben sie festgestellt, dass es bei der Herstellung von iPS-Zellen zu genetischen Veränderungen kommen kann, die sogar das Risiko für Krebs erhöhen könnten. Das wirft Zweifel an der Zuverlässigkeit und Praxistauglichkeit der neuen Technik auf, die als vielversprechend für die Zucht von körpereigenen Geweben für Transplantationen gilt. Die Forscher fordern daher jetzt die genaue genetische Untersuchung der vielseitigen Zellen, bevor erste Studien an Patienten beginnen.
Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene sogenannte Nukleinsäuren: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.